Canon 200 F/1.8 L EF  -  COME ASTROGRAFO

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VNINF (Visible Natural Imaging with Narrowbands Filters):

nuove tecniche per mostrare i colori naturali. © 2013

 

 

 by Dr Paolo Candy (in picture)

 

Le condizioni climatiche dettate dal riscaldamento globale stanno mettendo a dura prova gli astrofotografi che non dispongono di cieli stabili e secchi in luoghi remoti.

Il tempo per scattare le foto è sempre meno, tenedo conto del periodo della lunazione, delle nuvole, dell’intercalarsi della notte e del giorno e soprattutto dell’aumentata esigenza di avere sempre più alta definizione e quindi un allungamento del tempo di esposizione.

Per eseguire foto di pregio deep sky si deve lavorare spesso in più giorni con esposizioni totali della durata complessiva anche di molte ore!

Lo sviluppo di filtri sofisticati a banda stretta ha permesso la ripresa di oggetti debolissimi e delle loro sfumature anche dal centro delle città.

Il superamento dell’inquinamento luminoso è un altro aspetto degli sforzi che gli astrofotografi compiono quotidianamente per catturare fotoni in numero sempre più elevato e di qualità.

Il colore, le varietà dei colori sono una caratteristica fondamentale delle immagini.

Ma quali sono i colori delle nebulose cosmiche?

Ho ideato e applicato queste nuove tecniche di ripresa per avere:

 

-        raddoppio dei fotoni raccolti;

-        più profondità d’immagine;

-        più naturalità nei colori.

 

 

 

Raddoppio dei fotoni raccolti (con due strumentazioni clone).

 

Utilizzando una strumentazione doppia in parallelo, si dimezza il tempo di esposizione.

Per provare se questo fosse fattibile, ho acquistato due camere nuove CCD uguali (Sbig ST-8300M con ruota portafiltri FW-5) e due teleobiettivi Nikon 200 F/2 IF-ED MF usati (quindi con una spesa contenuta).

La lunghezza focale di 200 mm è perfetta per questo tipo di tecnica, perchè non è necessario autoguidare mediante un’altra CCD.

Autoguidando è possibile sfruttare teleobiettivi a lunghezze focali più elevate, fino ad arrivare a quelle telescopiche.

Ho poi adattato meccanicamente le due strumentazioni, con staffe, anelli e piastre rigide in alluminio. Per il parallelismo e l’allineamento tra le due ottiche ho sfruttato una piastra con anello e movimenti micrometrici fini su due assi.

I test si sono rivelati ottimi. Riuscivo a compiere immagini in parallelo della stessa area di cielo, nella stessa scala, senza flessioni o trascinamenti che potessero rovinare le esposizioni.

Le prime immagini a colori, anche se non troppo lunghe, mi davano ragione. Con entusiasmo decisi allora di passare a strumenti di fattura più elevata: rivenduti i Nikon, acquistai due Canon 200 F/1.8 EF-L al mercato dell’usato, non essendo più in produzione.

Le difficoltà di usare in astrofotografia quei due Canon sono:

 

- possono essere comandati per il fuoco manuale solo per via elettronica; 

- non esistono adattatori per obiettivi Canon EF della Sbig.

 

Ho risolto il primo problema con saldatore, cavi elettrici, e tanta pazienza! Il secondo problema lo abbiamo risolto con Alan Hale (Sbig), che mi ha inviato il prototipo di adattatore per gli obiettivi Canon EF (ho accettato di essere “beta-tester”, con successo).

Uno dei due Canon usava l’adattatore-prototipo Sbig con la mia personale aggiunta di zoccoletto elettronico e cavo di collegamento alla fotocamera digitale Canon 350D (per comandare il manual focus).

L’altro obiettivo Canon è stato aperto con cura e il cavo di collegamento è stato fissato direttamente all’interno e poi passato all’esterno. Ho quindi fatto tornire un altro adattatore in alluminio (semplice, senza zoccoletto elettronico) per collegare l’ottica con la CCD.

Dopo vari test, la strumentazione era pronta.

 

 

 

 

Più profondità di immagine (con i filtri a banda stretta).

 

Per andare oltre l’inquinamento luminoso ed il chiarore naturale diffuso del cielo (airglow), i filtri a banda stretta sono l’ideale.

Inizialmente avevo pensato di sfruttare le due ottiche parallele solo per incrementare il tempo accumulato per l’esposizione totale. Potevo eseguire per esempio in H-Alfa con un’ottica per 3 ore consecutive, mentre l’altra ottica scattava in RGB, oppure esporre in Luminance con una e in RGB con la seconda. Il vantaggio era evidente. Tuttavia con un fondo cielo solo “discreto”, questa tecnica non offre la sua massima potenzialità! Ho pensato allora di acquistare dei filtri a banda stretta, ed avendo la ST-8300M, che ha un sensore di grandezza media, la mia scelta è ricaduta sui filtri Baader 36mm x 2mm, per evitare la vignettatura:

 

-        H-Alpha   CCD narrowband filter   7 nm;

-        O-III         CCD narrowband filter   8.5 nm;

-        S-II           CCD narrowband filter   8 nm.

 

Il Canon 200 F/1.8 L EF ha una luminosità estrema per l’astrofotografia di ben F/1.8! Perfetta per l’uso dei filtri narrowband, che sono bui, ma avendo il cono di luce ampio e molto spinto, il diametro dei filtri stessi doveva essere adeguata.

Per sfruttare al massimo la duplicità strumentale, ed ottenere una versatilità eccellente ho acquistato due filtri per ciascuna CCD.

Il fondo cielo a questo punto è divenuto scurissimo, e la saturazione difficile da raggiungere anche dopo le più lunghe esposizioni per le mie possibilità.

Con il segnale così diminuito, la messa fuoco è davvero critica, e si deve porre la massima attenzione, impiegando con tutta calma il tempo necessario. Proprio eseguendo questi test raffinati di messa a fuoco, ho meglio realizzato che con i filtri a banda stretta le posizioni del fuoco per ciascun tipo di filtro erano diverse.

E’ scontato che i teleobiettivi abbiano una certa discrepanza di fuoco tra i vari colori dello spettro nel campo del visibile, ed infatti ho abbandonato i Nikon sia per la minore luminosità (F/ stop) sia per il cromatismo residuo più accentuato. I Canon hanno un diametro anteriore libero di ben 111 mm(!), composti di 11 lenti di cui 3 lenti UD. Il progetto ottico è di S. Takahashi, H. Ogawa e H. Hendo. Anche per il Canon ho trovato una differenza di fuoco anche se molto più piccola.

Ho allora separato i due obiettivi per tipi di filtri: il primo per riprendere nella banda rossa, il secondo per riprendere nella banda blue-verde.

In questo modo le immagini focheggiate all’estremo, mostravano il massimo della puntiformità stellare sia da una parte dello spettro elettromagnetico che dall’altra opposta. Le immagini finali risultavano molto più nitide e contrastate: più profonde!

 

 

Più naturalità nei colori (con la nuova tecnica VNINF).

 

I filtri a banda stretta hanno però un limite: offrono colori “falsati”! Le immagini che si vedono pubblicate, prodotte anche dall’Hubble Space Telescope, si evidenziano per sfumature “metalliche” e colori a volte davvero “innaturali” per l’occhio umano, anche se appariscenti.

Le riprese in RGB o LRGB delle stesse nebulose, sono completamente diverse rispetto al colore.

Devo essere sincero: quei colori così bislacchi non mi sono mai piaciuti! Certo da un punto di vista scientifico, i “falsi colori” evidenziano quello che si vuole esaltare, e il fine è quindi “nobile”.

Ma da un punto di vista astrofotografico, a me sembrava giusto cercare un’altra via … che offrisse colori più naturali!

Tra i filtri a banda stretta mancava quello inerente la banda Blue. Questo in commercio esisteva solo in altri formati.

Dopo essermi informato dal costruttore, ecco le specifiche del filtro:

 

-        H-Beta  CCD narrowband filter 8.5 nm  2” x 2mm.

 

Era perfetto per il mio scopo: aveva lo stesso spessore degli altri 3 di 2 mm!

Ho quindi fatto tagliare il vetro da un ottico di mia fiducia nella forma circolare da 36mm di diametro, esattamente come gli altri della serie.

Ero pronto per eseguire doppie esposizioni, con doppi strumenti: H-Beta + OIII da una parte e H-Alpha + SII dall’altra.

Per i dati tecnici sui filtri abbiamo:

 

-        H-Beta filter    75% di trasmissione;   strong nebula emission

-        OIII filter         85% di trasmissione;  very strong nebula emission

-        H-Alpha filter  88% di trasmissione;  H-Alpha very strong nebula em. + OI strong n.e.

-        SII filter           92% di trasmissione;  SII  nebula emission + HeI n.e.

 

La ST-8300M ha i seguenti valori di sensibilità (QE) per ciascuna banda stretta:

 

-        H-Beta    48% di sensibiltà;

-        OIII         52% di sensibiltà;

-        H-Alpha  48% di sensibiltà;

-        SII           46% di sensibiltà.

 

Quindi in totale le immagini contengono fotoni con le seguenti percentuali per banda stretta:

 

-        H-Beta             36% di trasmissione;     blue color

-        OIII                  44% di trasmissione;     green and blue color

-        H-Alpha + OI   42% di trasmissione;    red color

-        SII + HeI          42% di trasmissione;     deep red color

 

Ecco qui di seguito come ho miscelato le riprese ccd eseguite con la coppia di ottiche cloni nelle due zone dello spettro elettromagnetico (Blue-verde e rosso) e con i 4 filtri sopra elencati, cioè il cuore della nuova tecnica VNINF (Visible Natural Imaging Narrowbands Filters).

 

Per la ricostruzione colore tipo LRGB  (VNINF):

Somma di     H-Beta + 1/2 OIII                             Blue           Channel        B
Somma di     OIII                                                   Green         Channel        G
Somma di     H-alpha + SII                                    Red            Channel        R
Somma di     H-Beta + OIII + H-alpha + SII         Luminance Channel        L

Per la ricostruzione colore tipo RGB  (VNINF):

 

Somma di     H-Beta + 1/2 OIII                             Blue           Channel        B
Somma di     OIII                                                   Green         Channel        G
Somma di     H-alpha + SII                                    Red            Channel        R

 

Ho quindi eseguito in inverno-primavera alcune esposizioni sulla Cintura di Orione, la Spada di Orione, la Nebuolosa Rosetta e la Nebulosa Cono. Ciascuna immagine finale è frutto di decine di esposizioni da 5 minuti ciascuna per un totale di circa 4-6 ore di esposizione finale.

Ho utilizzato per la somma immagini e per la ricompositazione dei colori LRGB il programma software Maxim-DL senza usare filtri aggiuntivi ( ce ne sono di vario tipo …).

Poi ho trasformato il file finale in TIF e trasportato in Photoshop. Elaborazione definitiva dei livelli e del contrasto ed eliminazione dei pixel errati. Niente variazione del bilanciamento del colore.

Alcuni ritengono che la banda passante dell’ H-alpha si ripeta anche nell’ H-beta, e questo è parzialmente vero, rimane di fatto scoperto il campo delle nebulose che emettono solo nell’ H-beta, e quindi se non si vogliono fare solo “belle immagini” ma anche un po’ di scienza, bisogna usare il filtro giusto!

 

Per ora sono soddisfatto di questo lavoro, che ho piacere di condividere. Si può variare la modalità di miscela dei vari canali, e comunque non è necessario usare due strumenti clone, soprattutto se si dispone di cieli bui e notti lunghe e terse!

 

 

VNINF (Visible Natural Imaging with Narrowband Filters):

new techniques for showing actual colours.

 

by Dr Paolo Candy

 

 

 

The weather conditions caused by global warming are placing considerable strain on astro-photograpers who do not have dry, stable skies in remote areas.

There is less and less time for taking photos bearing in mind the phases of the moon, the clouds, the change from night to day and above all the ever growing need to obtain higher definition and therefore a prolongation of the  exposure time.

In order to take clear, deep sky photos it is necessary to often spend many hours taking photos using total exposure over a period of a few days!

The development of sophisticated narrowband filters has enabled us to take photos of very faint objects and their color gradations even in the centre of big cities.

Another problem that astro-photographers have to overcome on a daily basis is light pollution in order to capture more and more well-defined photons.

Color and the variety of shades of color are fundamental characteristics of images. But what color are cosmic nebulas?

 

 

I have created and applied these new photographic techniques in order to:

 

-        Double the photons collected;

-        Make the image deeper;

-        Make the colours more natural.

 

 

Doubling the photons gathered (with two clone instruments).

 

By placing double instruments side by side, you can halve the  exposure time

In order to verify if this was viable, I bought two new identical CCD cameras (Sbig ST-8300M with filter wheeler FW-5) and two second-hand Nikon 200 F/2 IF-ED MF telephoto lenses (to limit the cost).

A focal length of 200 mm is perfect for this sort of technique as it does not need to be auto driven by means of another CCD.

By using auto drive it is possible to use telephoto lenses with a greater number of focal lengths up to telescopic focal lengths.

Then I mechanically adapted the two instruments with rigid aluminum clamps, rings and plates. In order to align the two optics I used a plate with a ring and micrometric movements on two axes.

The tests were very successful. I was able to obtain parallel images of the same area of the sky in the same scale, without flexion or dragging which could ruin the exposure.

The first color images, although too long, showed that I was right.

Enthusiastically I decided to change to a higher level of instruments: after selling the Nikons I bought two second-hand 200 F/1.8 EF-L Canons as they are no longer in production.

The difficulties of using the two Canons in astrophotography are:

 

- manual focus can only be controlled electronically; 

- there are no adaptors for Canon EF lenses made by SBIG.

 

I solved the first problem with a soldering iron, electrical wires and a lot of patience!  I solved the second problem with Alan H (Sbig), who sent me the adaptor prototype for the Canon EF lenses (I accepted to be the “beta-tester” and was successful).

One of the two Canons used the SBIG adaptor prototype with my personal addition of the electronic base and cable connected to the digital Canon camera 350D (to control the manual focus).

The other Canon lens was opened carefully and the cable was connected directly to the inside and then passed to the outside. Then I had another adaptor lathed in aluminum (simple, without the electronic base) to connect the optic to the CCD.

After carrying out various tests the instrument was ready for use.

 

 

 

Deeper images (with narrowband filters).

 

Narrowband filters are ideal for going beyond light pollution and the natural radiance of the sky (air glow).

Initially I had only thought of using the two parallel optics for increasing the accumulated time for total exposure.

I could do this in H-Alfa with an optic for three consecutive hours while the other optic took photos in RGB, or expose in Luminance with the first and in RGB with the second. There was an obvious advantage. However this technique does not reach its maximum potential when the sky is not at its best! So I decided to buy some narrowband filters and as I had a ST-8300M, which has a medium-sized sensor, I chose Baader 36mm x 2mm filters in order to avoid vignetting:

 

-        H-Alpha   CCD narrowband filter   7 nm;

-        O-III         CCD narrowband filter   8.5 nm;

-        S-II           CCD narrowband filter   8 nm.

 

The Canon 200 F/1.8 L EF has a great luminosity for astrophotography equal to F/1.8! Perfect for using with narrowband filters which are dark but as they have an ample and powerful cone of light the diameter of the filters must be adequate.

I bought two filters for each CCD in order to take full advantage of the double instruments and obtain an excellent versatility.

At this point the sky became very dark and it was difficult to reach saturation even after the longest exposures for my possibilities. When the signal is so low, focusing is very difficult so you must take great care and take all the time you need. It was while I was carrying out these refined focusing tests that I realized that with narrowband filters, there is a different focusing position for each type of filter.

It is well-known that telescopic lenses have a certain discrepancy of focus among various colors of the spectrum in the visible field and in fact I abandoned the Nikons both for their lesser luminosity (F/stop) and mm (!), composed of 11 lenses of 3 lenses were UD. The optic project is by S. Takahashi, H. Ogawa and H. Hendo. I also noticed a much slighter difference in focus in the Canons.  

So I separated the two lenses for the different types of filters: the first to photograph in the red band, the second to photograph in the blue-green band.

In this way the very carefully focused images showed the maximum uniformity both on one side of the electromagnetic specter and on the opposite side. The final images were much clearer and contrasted: much deeper!

 

 

More natural colors (with the new VNINF technique).

 

Narrowband filters have one limitation: they give “false” colors! The images that we see published in magazines, also produced with a Hubble Space Telescope, are highlighted by their “metallic” color graduations and sometimes very “unnatural” colors for the human eye, even if glitzy.

The shots in RGB or LRGB of the same nebulas are completely different in color.

 

I must be sincere: I have never liked those weird colors! Certainly from a scientific point of view the “false colors” highlight what we want to exalt so the result is “noble” so to speak.

But from an astro-photographic point of view I thought it was necessary to find another way….giving us more natural colors!

The range of narrowband filters lacked the one concerning the blue band. This could only be found on the market in other formats.

After consulting with the manufacturer here are the specifications of the filter:

 

-        H-Beta  CCD narrowband filter 8.5 nm  2” x 2mm.

-         

It was perfect for my purpose: it was as thick as the other three -  2 mm!

So I had a circular 36mm diameter glass cut by an optician I trust, exactly like the others of the series.

I was ready to use double exposure with double instruments: H-Beta + OIII on one side and H-Alpha + SII on the other.

The technical data on the filters are:

 

-        H-Beta filter    75%   transmission;    strong nebula emission

-        OIII filter         85%    transmission;    very strong nebula emission

-        H-Alpha filter  88%   transmission;    H-Alpha very strong nebula em. + OI strong n.e.

-        SII filter           92%    transmission;    SII  nebula emission + HeI n.e.

 

The  ST-8300M shows the following values of sensibility (QE) for each narrowband:

 

-        H-Beta    48%  sensibilty;

-        OIII         52%  sensibilty;

-        H-Alpha  48%  sensibilty

-        SII           46%  sensibilty.

 

Therefore in all the images contain photons in the following percentages for each narrowband:

 

-        H-Beta             36% di trasmissione;     blue color

-        OIII                  44% di trasmissione;     green and blue color

-        H-Alpha + OI   42% di trasmissione;    red color

-        SII + HeI          42% di trasmissione;     deep red color

 

This shows how I then mixed the CCD shots taken with the couple of cloned optics in the two areas of the electromagnetic specter (Blue-green and red) and with the four filters listed above, which is the core of the new VNINF (Visible Natural Imaging Narrowband Filters).

 

To reconstruct the LRGB color  (VNINF):

result of sum        H-Beta + 1/2 OIII                             Blue           Channel        B
result of sum        OIII                                                    Green         Channel        G
result of  sum       H-alpha + SII                                    Red             Channel        R
result of sum        H-Beta + OIII + H-alpha + SII         Luminance Channel        L

to reconstruct the RGB color  (VNINF):

 

Result of sum         H-Beta + 1/2 OIII                             Blue           Channel        B
result of sum        OIII                                                     Green         Channel        G
result of sum        H-alpha + SII                                      Red            Channel        R

 

In the winter/spring I carried out some exposures of Orion’s Belt, the sword of Orion, the Rosetta nebula and the Cone Nebula. Each image is the final result of dozens of 5-minute exposures for a total length of 4-6 hours of overall exposure.

 

I used the Maxim-DL software program for the superior images and the re-composition of the LRGB colors without using additional filters (there are various types). Then I transformed the file into TIF and transferred it into Photoshop. I carried out a final elaboration of the levels and contrast and eliminated faulty pixels. No variation in the balance of the colors.

Some believe that the bandwidth of the 'H-alpha also happen in the' H-beta, and this is partially true, remains in fact discovered the field of nebulae that emit only in the 'H-beta, and then if you do not want to do just "pretty pictures" but also a bit 'of science, you have to use the right filter!

At the moment I am quite satisfied with this work which I have the pleasure of sharing with you. The method for mixing the various channels can be modified and it is not essential to use two cloned instruments, especially if there are dark skies and long, clear nights!